Вирусы.

Как они попадают в клетку?

Что они там делают?

Как с ними бороться?

Самые страшные вирусные эпидемии.

n XVI век. Оспа. 3,5 миллиона ацтеков.n 1918-19 гг. Европа. «Испанка». 50–100 млн.n 1970-е. Бешенство. Количество погибших в

США енотов скрывается правительством.n 1981 - … ВИЧ. 25 миллионов человек. Около

40 млн. больных во всем мире.n 1989 - … Гепатит С. Ежегодно только в США от

него умирают до 20 тыс. человек. Во всем мире до 200 млн. зараженных.

Что такое вирус? Форма жизни?

n Virus (лат.) – яд.n Вирусы неспособны к синтезу АТФ и

самостоятельному перемещению в пространстве.

n Цикл жизни вируса сводится к заражению клетки-хозяина, размножению там и высвобождению вновь синтезированных вирусных частиц.

n Вирус – мобильный генетический элемент.

Размеры вирусов

5 признаков жизни

n Клеткиn Рост и поддержание своей структуры за счет

потребления химических соединений и энергии из окружающей среды

n Активный ответ на изменения средыn Воспроизведение и передача структуры

клетки потомкамn Эволюция и адаптация к внешней среде

Вирусы:

n Неклеточная форма жизниn Всегда являются внутриклеточными

паразитамиn Не имеют системы производства АТФn Не имеют рибосом или других «машин» для

производства белков

Бактерии рода Rickettsia.

n Живут в цитоплазме эндотелиальных клеток эукариот.

n Не способны синтезировать аминокислоты и нуклеозиды.

n АТФ может синтезироваться, а может захватываться из клетки-хозяина.

n Вызывают болезни человека, в том числе эпидемический сыпной тиф.

Мегавирус. Мимивирус. Мамавирус.

n Мимивирус открыт в 1992 году

n Живет в амебахn Содержит и РНК, и

ДНКn Вирусная частица

имеет размер около 0,5-0,7 μм.

Четвертый домен живого мира?

n Мегавирусы имеют огромный дцДНК-геном, имеющий длину 1,2 Мbp, и кодирующий 1262 гена.

n Для сравнения: геном E.coli 4,6 Mbp, кодирует 4289 гена.

n Для сравнения: геном R. prowazekii кодирует всего 834 гена.

n Nanoarchaeum equitans: размер генома 481 kbp

Мимивирус.

n 4 аминоацил-тРНК-синтетазы (у мегавируса их целых 7!)

n 6 тРНКn Факторы трансляцииn ДНК-топоизомеразыn Ферменты для репарации ДНК

Происхождение мимивируса.

n Топоизомераза IB - поксивирусыn Топоизомераза IIA - эукариотыn Топоизомераза IA - бактерии

___________________________________

1. Деградация от сложного организма.

2. Древний вирус, возникший еще до разделения живого мира на домены.

12

Вирофаг. Паразит паразита.n Sputnik: поражает амебы вместе с

мимивирусамиn Использует белки мимивируса для

собственного размноженияn В результате его действий мимивирус

производит дефектные вирусные частицы

Жизненный цикл вируса.

1. Присоединение

2. Проникновение

3. Высвобождение генетического материала

4. Транскрипция и трансляция

5. Репликация

6. Сборка

7. Высвобождение

Вирусный геном «упакован» в белки.

В 1955 году Fraenkel-Conrat и Williams показали, что при простом смешивании в пробирке РНК и белков оболочки вируса мозаики табака (TMV) самопроизвольно образуются цилиндрические вирусные частицы.

15

Как выглядит ВИЧ?

Капсида вируса (лат. Сapsa – ящик)

Физические повреждения – от действия механических сил.

Химические повреждения – UV-излучение (солнечные лучи), приводящее к химическим модификациям вирусного генома.

Энзиматические повреждения – от действия нуклеаз, в избытке присутствующих в живых организмах.

Липидная оболочка вирусов

Геном вируса

РНК-содержащие вирусы

(+)РНК – геномная РНК является сразу и матричной РНК.

(-)РНК – комплементарна матричной РНК. Ретровирусы – переводят свой геном в

форму ДНК и интегрируются в геном клетки-хозяина.

РНК - матрица для НК-полимераз.

При репликции РНК-содержащих вирусов происходит синтез РНК или ДНК с использованием вирусной геномной РНК в качестве матрицы для полимеразы

Балтиморская классификация

2 ssDNA Parvovirus

dsDNA mRNAssDNA

4 (+) ssRNA dsRNA +ve ssRNA [они же mRNA]Enterovirus

5 (-) ssRNA Influenza Avirus

dsRNA -ve ssRNA mRNA

6 ssRNA mRNAdsDNAssRNA Retrovirus(напр. HIV)

7 Nicked dsDNA Hepatitis Bvirus

nicked dsDNA intact dsDNA mRNA

RNA

Группа Геном Репликация Примеры

1 dsDNA dsDNA mRNA Herpes simplexvirus

3 dsRNA ReovirusdsRNA mRNA

Как вирусы попадают в клетку?

Бактериофаг Т4 присоединяется просто к клеточной стенке кишечной палочки

Образуя в клеточной стенке отверстие, «впрыскивает» туда свою ДНК

Жизненный цикл фага Т4

Ранние белки уничтожают клеточную ДНК и реплицируют фаговую

Поздние белки образуют капсиду и лизируют клеточную стенку

Бактериофаг Т4.

Бактериофаг λ

После заражения клетки способен интегрироваться в геном клетки-хозяина и существовать в форме профага

При клеточном стрессе способен активироваться

Откуда берется энтеротоксин?

Энтеротоксин кодируется фагом CTX, поражающим холерный вибрион.

В отсутствие этого фага Vibrio cholerae безопасны для человека

Клеточная мембрана

Как вирусы попадают в клетку?

Вирус Клеточный рецептор

Influenza virus Сиаловая кислота и ее производные

PicornavirusРиновирус: ICAM-1

Полиовирус: CD155

Бешенство Ацетилхолиновый рецептор

Herpes Simplex HVEM

HIV CD4

Прикрепление HIV к клетке

gp120gp41

V3CD4

CCR5

Связывание CD4 СвязываниеCCR5

Экспонированиебелка для

связывания

Устойчивость к ВИЧ?

Для проникновения в клетку вирусу нужны рецепторы CD4 и ССR5.

Возможны мутации в рецепторе, приводящие к неспособности вируса взаимодейстовать с клеткой.

Считается, что мутация CCR5Δ32, распространенная в Европе, способствует устойчивости к чуме. Поэтому ее частота велика в странах, переживших эпидемию.

Герпес

ДНК-содержащий вирус Находится в липидной оболочке Поражает нервные клетки Способен интегрироваться в геном и

существовать в форме провируса.

Герпес

Herpes simplex virus 1 – вызывает «лихорадку» на губах.

До 90% жителей США являются его переносчиками.

Herpes simplex virus 2 – генитальный герпес.

Около 20% жителей США заразны.

Вирусы и рак.1. Вирусы вызывают аномальную экпрессию

нормальных клеточных генов.A) Содержат вирусные онкогены (v-onc), являющиеся

производными обычных клеточных генов (c-onc).B) Трансформация онкогенными ретровирусами2. Вирусы производят белки, мешающие работе

регуляторов клеточного цикла.A) Вирусные белки, ответственные за трансформацию,

не имеют клеточных гомологов и необходимы для жизнеобеспечения самого вируса.

B) Трансформация ДНК-содержащими вирусами.

РНК-содержащие онковирусы

•Simian Sarcoma Virus v-sis Фактор роста

•Avian Erthyroblastosis Receptor v-erbB Рецептор для факторов роста

•Rous sarcoma virus v-src Тирозин-киназа

•Moloney murine sarcoma virus v-mos Серин/треонин-киназа

•MC29 avian myelocytoma virus v-myc Фактор транскрипции

ДНК-содержащие онковирусы

Papovavirus - SV40 большой “T” антигенAdenovirus – белки E1A и E1BPapillomavirus - human papilloma virus E6 и E7Herpesvirus – вирус Эпштейна-Барра, белки EBNA-1 и EBNA-2Hepatitis B Virus - ORF X

Белки, останавливающие пролиферацию:р53 – останавливает переход G1/S. Вирусные белки нарушают его функцию или просто приводят к его деградации.RB1 – останавливает переход из G0/G1 в S фазу

SV40 large T antigenLXCXE

Rb, p107, p130

Активация E2F

Белки S-фазы

Пролиферация

p21

Bax

ARFMdm2 p53

arrest

apoptosis

Остановка клеточного цикла

X

Грипп.

1918 -1919 «Испанка» (H1N1)– 50 миллионов погибших

1957 -1958 Азиатский грипп (H2N2) – 1 миллион погибших

1968 -1969 Гонконгский грипп (H3N2) – 700,000 погибших

Разработаны антибиотики для борьбы со вторичными бактериальными инфекциями

Почему снижается количество жертв?

Поверхность вириона гриппа

M1

M1M1

M1

NPNP

NPNPNP

NPNP NP NP NPNP NPNP

NA

M2

HAHA

HA

RNA

H+

H+

Транс-сплайсинг мРНК гриппа

Как клетка защищается от вирусов?

В процессе репликации вирусов в клетке появляется двуцепочечная РНК

дцРНК активирует PKR

PKR фосфорилирует фактори инициации трансляции eIF2α

Интерферон против вирусов

PKR RNase L – неспецифически гидролизует

мРНК в клетке Препятствует пролиферации клеток Заставляет клетку саму синтезировать

интерферон

Каждое действие рождает…

HIV

Аденовирусы

Вирус Эпштейна-Барра

дцРНК, связывается с PKR,но блокирует активацию

HIV Вирус коровьей оспы Реовирус Грипп

HСV Грипп Герпес

Вирус кодирует белки,связывающие дцРНК, темсамым лишая PKR субстратадля активации

Связываются с PKR,препятствуя его активации

Все вирусы, родственные оспе HCV

Вирус кодирует белок,являющийся субстратомдля PKR, «снимая нагрузку»с eIF2

Противовирусные препараты

Ингибиторы вирусных ферментов Ингибиторы взаимодействия вирионов с

клеточными рецепторами

Ингибиторы вирусных полимераз.

Абакавир (ВИЧ) Ацикловир (герпес,ветряная оспа)

Ганцикловир(цитомегаловирус)

А могут ли быть вирусы полезны?

Удалить из вируса опасные белки Оставить оболочку, систему репликации Заставить синтезировать нужные

человеку белки, попадая в нужные клетки

Лечение генетически обусловленных заболеваний

Лечение рака (напр., активация р53)